AKUSTIK

Namn:

Ljud är vibrationer som öronen fångar upp,

förstärker och som vår hjärna sedan tolkar.

En gitarrsträng svänger fram och tillbaka när

du spelar på den. Den vibrerar. En lös sträng

vibrerar och ger en låg ton. En lika lång spänd

sträng (som ges samma kraft) ger en hög ton .

Ett annat exempel som är tydligare men funge-

rar på samma sätt som gitarrsträngen är att

lägga en linjal på ett bord. Lägg halva linjalen

utanför bordet. Tryck sedan hårt ner den andra

delen av linjalen. Nu har du tillverkat ett in-

strument. Knäpper du till delen utanför bordet

kommer den att vibrera och skapa ett ljud. Om

du flyttar linjalen fram och tillbaka kan du

skapa ljud som är både olika höga och olika

starka.

Om du tänker dig rörelsen i slow motion inser

du att molekylerna i luften runt linjalen packas

i tjockare och tunnare lager (olika densitet).

När änden på linjalen åker upp trycker den ihop

luftmolekylerna ovanför vilket gör att de pack-

as tätare (förtätning).

När linjalen sedan åker neråt blir det färre luft-

molekyler ovanför linjalen eftersom linjalen

"trycker bort" dem. Det blir tunnare luft ovan-

för linjalen (förtunning).

När linjalen sedan åker upp och ner många

gånger kommer den att göra många förtätningar

och förtunningar. Dessa skillnader i densitet

kommer sedan att sprida sig, vanligtvis i luft,

och når sedan våra öron där de tolkas som ljud.

Begrepp och svåra ord:

Molekyl, förtätning, förtunning, densitet,

ljud

Vad är ljud?

Här följer ett experiment för att beskriva en

ljudvåg. Tejpa en penna längst ut på en linjal.

Lägg linjalen på en vagn med hjul. Halva lin-

jalen läggs på vagnen och halva utanför.

Knäpp till linjalen som börjar svänga och rulla

vagnen parallellt med ett papper så pennan ri-

tar rörelsen. Om allt gått bra kommer teck-

ningen se ut ungefär så här:

Topparna upptill visar när linjalen packar ihop

luftmolekylerna och dalarna när det blir tunna-

re med luftmolekyler nedtill eftersom linjalen

trycker ner luftmolekylerna. Den ritade figuren

beskriver förtätningarna och förtunningarna i

vibrationerna, d.v.s. ljudet. Figuren kallas för

ljudvåg och formen för sinuskurva.

Sträckorna, likt de på bilden ovan innehåller

toppar och dalar, dessa kallas våglängder. En

våglängd är den minsta delen av en ljudvåg.

En ljudvåg är många våglängder som sitter

ihop. En ljudvåg visar två saker:

1. Ljudstyrka. Vilken volym ljudet har.

2. Tonläge. Om ljudet är mörkt eller ljust. Det

vill säga vilken tonhöjd ljudet har. (

Amplitud: Höjden på ljudvågorna kallas amp-

litud och är alltså ljudets volym. Amplituden

kallas också ljudstyrka. Höga vågor (toppar

och dalar) ger hög volym.

På bilden nedan så har kurvorna samma ton,

men den undre kurvan har en högre volym.

På följande bild beskrivs en ljudvåg där ljud-

styrkan (amplituden) ökar.

Volym eller ljudstyrka mäts med decibel (dB).

Decibelskalan går från 0 till 180 dB. Vid noll

hörs inga ljud och vid 180 dB spricker trumhin-

norna. För en ökning med ett tiotal på skalan

blir ljudet ungefär 3 gånger starkare. En minsk-

ning med ett tiotal innebär att ljudet blir unge-

fär 3 gånger svagare.

Begrepp och svåra ord:

Sinuskurva, våglängd, amplitud, ljudstyr-

ka, tonläge, tonhöjd, ljudvåg, volym, de-cibel, trumhinna

Att beskriva ljud: Amplitud

Ljud kan ha olika tonhöjd. Den ljusaste tonen

på ett piano har högre tonhöjd än tonen på

andra änden av pianot.

Toner med hög tonhöjd har kortare våglängd

än mörka toner. Ljudvågorna hos toner med

hög tonhöjd ser mer sammanpressade ut: De

två ljudvågorna på bilderna nedan har samma

volym, men den till vänster är ljusare -den har

högre tonhöjd.

Ett ljud med kort våglängd (högt ljud) hinner

svänga flera gånger med flera toppar och dalar

än ett ljud med lång våglängd (mörkt ljud) un-

der en viss tidsperiod. För att kunna jämföra

olika ljud mäts antalet våglängder per sekund.

En våglängd kallas också för en svängning.

Frekvens: Det är antalet hela svängningar

(våglängder) per sekund. Enheten kallas Hertz

(Hz). Som ung människa kan du höra ljud med

frekvensen 20 Hz – 20 000 Hz. Äldre männi-

skor tappar de höga tonerna med åldern och

kan kanske bara höra ljud upp till 15 000 Hz.

Normalt tal ligger mellan 100 och 1000 Hz.

Bilden visar en

stämgaffel. Man

håller den i handta-

get och slår den

lätt mot något. Då

börjar de parallella

metallstängerna

vibrera med en be-

stämd frekvens och ge ifrån sig en ton. Stäm-

gafflarna används för att stämma instrument

eller som hjälpmedel för sångare. På handtaget

står det ofta vilken ton stämgaffeln ger och vil-

ken frekvens den har. Till exempel: A440Hz

betyder att stämgaffeln ger tonen A och att den

svänger 440 gånger per sekund (440 Hz).

Bilden ovan visar två ljudvågor. Amplituden är

lika hög och därför är ljudstyrkan lika. Fre-

kvensen är dock högre på den övre bilden. Det

ljudet kommer därför att ha en högre tonhöjd,

ett ljusare ljud.

Begrepp och svåra ord:

Tonhöjd, våglängd, svängning, frekvens,

Hertz, stämgaffel, amplitud, ljudvåg

Att beskriva ljud: Frekvens

Ljudet rör sig med olika hastighet beroende på

vilket material vibrationerna transporteras i.

I luft rör sig ljudet ungefär 340 meter per se-

kund (m/s). För att omvandla meter/sekund till

enheten kilometer/timmen multiplicerar man

med 3,6: 340 m/s * 3,6 = 1224 km/h.

En klassisk situation när du har nytta av detta

är när åskan går. Ljuset är enormt mycket

snabbare än ljudet. När du ser blixten kan du

räkna tills du hör åskmullret. Varje sekund in-

nebär att ljudet från åskan har rört sig 340 me-

ter. Varje sekund mellan ljuset och mullret

motsvarar alltså 340 meter.

Ljudet rör sig olika snabbt i olika ämnen (luft,

vatten, metall, glas, osv). Det beror på att det

som transporterar ljudet är molekyler som rör

sig. Ju närmare dessa molekyler sitter varandra

desto snabbare kommer de i kontakt med var-

andra och kan föra vidare rörelsen.

Om man knäpper till i sidan på de två raderna

med kulor ovan kommer rörelsen att spridas

snabbare ju tätare kulorna sitter. Man kan säga

att ju högre densitet ett material har desto snab-

bare rör sig ljudet i det.

Tabellen nedan visar ljudets hastighet i några

vanliga ämnen.

I rymden, där det är vakuum, kan man inte höra

ljud , eftersom det inte har något material att

spridas i.

Du kan prata och höra under vatten men våra

öron (trumhinnan) är inte är konstruerade att

fungera under vatten. Däremot finns det andra

däggdjur som är duktiga på att prata och höra

under vatten till exempel delfiner och valar.

Hastighet

över ljud-

hastigheten

kallas

överljuds-

fart. Det

uppstår en

ljudbang

(en hög

knall) när

ljudvallen passeras. Att åka i ljudets hastighet

kallas att åka i 1 Mach. Att åka dubbelt så

snabbt som ljudet är samma sak som 2 Mach.

Det snabbaste flygplanet på jorden är ett obe-

mannat plan som nått hastigheten 9,6 Mach.

Begrepp och svåra ord:

Molekyl, vakuum, densitet, överljudsfart,

Mach,

Ljudets hastighet

Luft 340 m/S 1224 km/h

Vatten 1500 m/s 5400 km/h

Glas 4500 m/s 16200 km/h

Järn 5150 m/s 18540 km/h

Om du spelar samma ton på en gitarr och ett

piano låter det olika trots att det är samma ton.

Det beror på att varje ton egentligen är sam-

mansatt av flera toner. Du har först en grund-

ton men också ett antal övertoner. Övertonerna

kan vara olika till antalet och ha olika ljudstyr-

ka och frekvens. Övertonerna tillsammans

med grundtonen ger ljudet dess speciella klang

(kallas också klangfärg). Det är detta fenomen

som gör att människoröster låter olika var-

andra.

De flesta instrument behöver någon form av

förstärkare för att höras. Det löses enkelt med

elektricitet. Om du vill spela akustiskt använ-

der du dig av resonans.

Resonans: Resonans utnyttjar fenomenet att

ljudvågor är vibrationer och att vibrationer

sprider sig. Resonans betyder medsvängning.

När du spelar en ton på en akustisk gitarr bör-

jar strängen vibrera, det gör också luften inne i

gitarrkroppen

(resonanslådan).

Det förstärker lju-

det. Olika typer

av instrument har

olika typer av re-

sonanslådor.

Efterklang är viktigt om man sjunger i kör, spe-

lar instrument eller bara vill ha bra ljud från

TV:n. Efterklang och eko är varianter på sam-

ma fenomen: ljud som studsar. Ett eko innebär

upprepningar av ett ljud som tydligt går att skil-

ja åt. Efterklang är en mer dämpad återklang av

ett ljud. Om du klappar händerna (en gång) i en

stor lokal kan du ibland höra att ”klappet”

hänger kvar i luften.

Ett annat viktigt begrepp för körsångare och

musicerande är fas. Två ljudvågor med samma

frekvens som startar samtidigt sägs vara i fas.

Om dessa adderas ihop blir amplituden dubbelt

så hög och ljudet starkare. Till exempel i en kör

eller i en orkester. När fler personer sjunger

samma ton blir volymen starkare.

Begrepp och svåra ord:

Grundton, överton, ljudstyrka, frekvens,

klangfärg, akustisk, resonans, medsväng-ning, resonanslåda, efterklang, eko, fas

Instrument

Så här går det till när du hör:

Ytteröra: Ljud är vibrationer. Dessa vibratio-

ner samlas upp av ytterörat och leds in i hör-

selgången.

Mellanöra: När vibrationerna kommer fram till

trumhinnan börjar den att svänga i samma takt

som vibrationerna. Hörselbenen (kroppens

minsta ben) sitter ihop med trumhinnan och

börjar också röra sig. Hammaren slår mot stä-

det som rör sig mot stigbygeln. Stigbygelns

rörelser påverkar i sin tur ett membran på den

vätskefyllda snäckan. I mellanörat hittar vi

också hörselgången som jämnar ut trycket

mellan trumhinnans bägge sidor.

Innerörat: Stigbygelns rörelse gör så att snäck-

ans vätska börja röra sig, svänga. I snäckan

finns cirka 15 000 sinnesceller som känner av

och tolkar svängningarna till ljud med hjälp av

hjärnan. Sinnescellerna är känsliga för olika

typer av svängningar vilket gör att vi kan skil-

ja på toner. I innerörat sitter också balanssin-

net.

Med två öron är det

lättare att höra var-

ifrån ljudet kom-

mer.

Ta hand om din hör-

sel:

De sinnesceller som

sitter i örat är ömtå-

liga. Om du utsätts

för kraftigt ljud kan

du få nedsatt hörsel

ett tag, sedan kom-

mer hörseln tillba-

ka. Men om sinnes-

cellerna skadas re-

pareras de inte.

D.v.s. utsätter du

öronen för högt ljud under en längre period och

en hörselskada uppstår går den inte att bota.

Klassiskt är att förstöra hörseln genom att lyss-

na på alltför hög musik i sina hörlurar.

Buller är oregelbundet ljud som gör dig trött,

ger huvudvärk och gör det svårt att koncentrera

sig. Vi upplever det ofta i matsalen och på röri-

ga lektioner. Buller som är högt eller pågår un-

der lång tid kan ge skador.

Tinnitus innebär att man hör en ton/brus/oljud i

huvudet. Volymen och tonhöjden är individuell.

Ljudet existerar inte utanför dig själv. Orsaken

till tinnitus kan vara medfödd, psykiska orsa-

ker, sjukdom, buller, m.m.

Begrepp och svåra ord:

Hörselgång, trumhinna, hammaren, stä-

det, stigbygeln, membran, hörselsnäcka, sinnesceller, buller, tinnitus

Örat och hörsel

Ljud är en energiform, ljudenergi. När du pratar

och ljudet försvinner innebär det att ljudet om-

vandlats till en annan energiform. Ljudet om-

vandlas i princip alltid till värmeenergi. Olika

material är olika bra på att absorbera (suga upp)

ljudet. I skolor och matsalar sätter man därför

upp speciella ljudplattor just för att ljudet ska

absorberas.

Fenomenet eko (studsande ljud) används i eko-

lod. Fiskebåtar sänder ner en ljudsignal till ha-

vets botten. Man vet ljudets hastighet och hur

lång tid det tar för ljudet att skickas iväg och

komma tillbaka. Då går det att räkna ut hur lång

sträcka ljudet färdats. Om ekolodet träffar något

på vägen till exempel ett fiskstim blir vägen kor-

tare. Ekolod

skickar ljud-

signaler flera

gånger i se-

kunden. Det

går också att

köpa ekolod

som ritar upp

hur botten ser

ut på en dis-

play.

Ljud du inte hör

Människans öron kan höra ljud mellan frekven-

serna 20 - 20 000 Hz. Det finns andra arter med

bättre hörsel som kan höra ljud som människan

inte hör. Hundar hör en speciell visselpipa som

avger ljud över 20 000 Hz. Hunden hör men

ingen människa. Fladdermöss navigerar genom

att sända ut ultraljud som sedan studsar tillbaka.

Med hjälp av detta eko kan de avgöra hur om-

givningen ser ut.

Infraljud

Ljud med färre svängningar än 20 Hz kallas inf-

raljud. Infraljud uppstår i naturliga processer till

exempel kraftiga vindar eller vågor i havet. Det

kan också komma från fläktar eller ventilations-

system. Infraljud kan påverka dig kroppsligt utan

att du förstår vad det är. Du kan bli trött, få hu-

vudvärk och svårt att koncentrera dig.

Ultraljud

Ljud över 20 000 Hz kallas ultraljud. Ultraljud

används för att undersöka ett foster i mammans

mage. Det finns fler mediciniska användnings-

områden till exempel att undersöka hjärta och

blodkärl och att behandla stela leder med hjälp av

ultraljud. Ultraljud används i fjärrkontroller

(bilen, TV:n) och man kan även rengöra tyger

och kontrollera metallers hållfasthet med hjälp av

ultraljud. Ultraljud är inte skadligt för människor.

Doppler-effekten

Doppler-effekten märker du när ett utrycknings-

fordon åker förbi dig. Sirenen låter annorlunda

beroende på om fordonet är på väg mot dig eller

från dig. Varför?

Om fordonet åker ifrån dig dras dess ljudvågor

ut. Du nås av sirenens ljudvågor i utdragen form.

Jämför med om fordonet är på väg emot dig. Det

är likadant ljud fordonet sänder ut men eftersom

det är på väg mot dig trycks ljudvågorna ihop.

Sirenen låter annorlunda.

Begrepp och svåra ord:

Ljudenergi, värmeenergi, absorbera, eko-

lod, frekvens, ultraljud, infraljud, eko, dopplereffekten, ljudvåg

Mer om ljud